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CURSO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

   2013 – Poços de Caldas – Aula 02

Fundamentos Básicos de Mecânica



Prof. Diorginer H. Silva
PROGRAMA
•   Medidas
•   Unidades
•   Padronização
•   Erro e Incerteza
•   Princípios físicos
    – Pressão
    – Vazão
    – Temperatura
• Conversão de Escalas (Teorema de Tales)
NECESSIDADE DE MEDIDAS
Medidas – SI -1960
O SI (Sistema internacional), adotou um sistema de
  grandezas físicas baseado nas sete grandezas de base:
Medidas – Derivadas
Medidas – Derivadas

Continuação...
MEDIDAS - Padronização
MEDIDAS
O metro: antes, era uma barra de metal que ficava ao lado do “Le Grand K”;
hoje, ele é definido como a distância que a luz viaja em 1/299.792.458 de
segundo




   Le Grand K (O Kilo padrão)
Curiosidade - Relógios
PREFIXOS –
CONVESÃO
INTERNA-
CIONAL :
PROBLEMA NAS MEDIDAS

Medidas diretas → São aquelas obtidas diretamente do
instrumento de medida. Ex: comprimento e tempo (trena e
cronômetros, respectivamente).
Medidas indiretas → São aquelas obtidas a partir das medidas
diretas, com o auxílio de equações. Ex: a área , volume , vazão
entre outras.
ERROS
• ERRO EXPERIMENTAL
• Conceitualmente, o erro experimental é a diferença entre o real valor de
  uma grandeza física (peso, área, velocidade...) e o respectivo valor dessa
  grandeza obtido através de medições experimentais.
    – Erros Sistemáticos
   São causados por fontes identificáveis, e -em princípio- podem ser
   eliminados ou compensados. Decorre de uma imperfeição no
   equipamento de medição ou no procedimento de medição.
    – Erros aleatórios
• Estes erros decorrem de fatores imprevisíveis. Decorre da limitação do
  equipamento ou do procedimento de medição, que impede que medidas
  exatas sejam tomadas.
Conceito – Exatidão/Precisão

         Quando o conjunto de medidas realizadas se afasta muito da média, a
medida é pouco precisa.

         Quando a media das medidas estão afastadas do valor exato, diz-se
que a precisão da medida é de baixa exatidão.
Conceito – Exatidão/Precisão

         Quando o conjunto de medidas realizadas se afasta muito da média, a
medida é pouco precisa.

         Quando a media das medidas estão afastadas do valor exato, diz-se
que a precisão da medida é de baixa exatidão.
EXEMPLO PRATICO :

Propagação do erro : O cálculo da área para uma
estimativa de material.
      Medidas de H
        9,2
        9,6                                 H = 9,475 mm
      + 9,8             /4
        9,3
       37,9
      Medidas de B                                 A= B.H
        6,7                                        A=6,425 . 9.475
        6,3
      + 6,5        /4        B = 6,425 mm                            2
        6,2                                        A=60,87688 mm
       25,7
EXEMPLO PRATICO :

Propagação do erro : O cálculo da área para uma
estimativa de material.
                                                Calculo:
Medidas de H               A= B.H                   6,4?
  9,2?                     A=6,4? . 9.4?          x 9,4?
  9,6?        37,9? 4
+ 9,8?      - 36    9,4?                            ???
  9,3 ?         19                              + 256?
 37,9
 37,9?        - 16                               576?
                3?
                                H = 9,4? mm     60,1???

                                              A=60,1? mm2
             B = 6,4? mm
Exemplo prático:
Volume do petróleo

Medidas :

-Temperatura
-Pressão
                 Cálculo
-Densidade
                           -Volume corrigido CNTP
-(BSW) % de água           (Condições normais de
                           temperatura e pressão)
Paquímetro




         Medida = 1,27   7
Conceito de Pressão

É a razão entre a força aplicada e a área submetida a esta força.
Matematicamente podemos expressar esta grandeza como:

                                                  Onde:
                                                  P = Pressão (N/m2)
    P = F/A                                       F = Força (N)
                                                  A = Área (m2)
Princípio de Pascal

               A alteração de pressão produzida num fluido
               em equilíbrio transmite-se integralmente a
               todos os pontos do líquido e às paredes do
               recipiente.
1623 - 1662
Lei de Stevin




Esta equação foi publicada pela
primeira vez em 1586

Onde :
Pr = Pressão relativa a coluna
líquida.
d = Densidade do fluido (Kg/L)
g = Gravidade (m/s2)
h = altura da coluna líquida
Pressão Atmosférica




Torricelli 1608 - 1647

Hg Densidade =
13,579 kg/L
Instrumentos de Medição




Manômetro de Burdon
AFERIÇÃO




           Padrão rastreado
Regulador de Pressão
Valvulas “Automáticas”




                                  Reguladora de água




Alívio

            Reguladora de Vapor
                                  Reguladora GNV
Medição de nível




      A medida do nível é obtida
      muitas vezes através da
      pressão hidrostática.
Conceito de Vazão

É o volume* de determinado fluido que passa
por uma determinada seção de um conduto
por uma unidade de tempo.
 Q = A.Vel       ou   Q = Vol/t     Unidade => (m3 /seg)
             A

              Vel.


* A Vazão também pode ser mássica
Medição com placa de orifício
Medidor Calha Parshall




  Q = W h3/2
Onde :
W = Largura da garganta
h = altura hidráulica
Medidores comerciais
Tubo de Pitot
TEMPERATURA
• Temperatura é uma grandeza física que mensura
   a energia cinética média de cada uma das partículas de um
   sistema em equilíbrio térmico.




Animação para o gás Hélio a
temperatura ambiente e 1950 ATMs.
ESCALAS




          1724 Copenhague, Dinamarca
Forno de Calibração
Medidores - Bimetálico
TERMOPARES
Termopares são sensores
de temperatura
simples, robustos e da
baixo custo
Tipos de Termopares
Termorresistência

Medição usa a relação entre a resistência elétrica de um
material e a sua temperatura
Indicador/ Controlador típico




•Aceita termopares tipo J faixa de -50 °C a 760 °C, tipo K faixa de
90 °C a 1370 °C, tipo T faixa -100 °C a 400 °C, tipo R faixa 0 a
1760 °C, tipo S de 0 a 1760 °C, tipo E faixa -30 a 720 °C e tipo N
faixa -90 a 1300 °C com compensação de junta fria.
•Aceita termoresistência Pt100 (2 ou 3 fios), faixa de -200 °C a
•530 °C, com compensação da resistência do cabo elétrico.
Corrente de excitação do Pt100: 170 mA.
Outros métodos de medição
Conversão de Escalas
Teorema de Tales :
Exemplo Pratico 01
Problema – Nivel em elevado


           H = 30 mts
           h = 10 mts




                 35 PSI

                 Nivel % = ??
CONVERSÃO (Tabela)


1 mCA = 1,4223344 PSI   • 50 PSI = 35,15 mCA
           OU           • 35 PSI = 24,60 mCA

1 PSI = 0,7030695 mCA
                        • 30 mCA = 42,67 PSI
                        • 10 mCA = 14,22 PSI

                        • 55mCA = 35,56 PSI
RESOLUÇÃO

   Escala Pressão     Escala em %
                                    (42,67 – 35)        (100 – x)
                                                    =
42,67 PSI                100 %       (35 – 14,22)         (x – 0)

                                     (7,67)             (100 – x)
 35 PSI                  x%                         =
                                    (20,78)                x

                                    7,67.x     = 2078 – 20,78.x

 14,22 PSI               0%          28,45.x     = 2078

                                       x = 73,04 %
A Todos Obrigado



Fontes Principais para esta apresentação:

• Google
• Wikipédia
• Apostilas PRONAE

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Aula 02

  • 1. CURSO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 2013 – Poços de Caldas – Aula 02 Fundamentos Básicos de Mecânica Prof. Diorginer H. Silva
  • 2. PROGRAMA • Medidas • Unidades • Padronização • Erro e Incerteza • Princípios físicos – Pressão – Vazão – Temperatura • Conversão de Escalas (Teorema de Tales)
  • 4. Medidas – SI -1960 O SI (Sistema internacional), adotou um sistema de grandezas físicas baseado nas sete grandezas de base:
  • 8. MEDIDAS O metro: antes, era uma barra de metal que ficava ao lado do “Le Grand K”; hoje, ele é definido como a distância que a luz viaja em 1/299.792.458 de segundo Le Grand K (O Kilo padrão)
  • 11. PROBLEMA NAS MEDIDAS Medidas diretas → São aquelas obtidas diretamente do instrumento de medida. Ex: comprimento e tempo (trena e cronômetros, respectivamente). Medidas indiretas → São aquelas obtidas a partir das medidas diretas, com o auxílio de equações. Ex: a área , volume , vazão entre outras.
  • 12. ERROS • ERRO EXPERIMENTAL • Conceitualmente, o erro experimental é a diferença entre o real valor de uma grandeza física (peso, área, velocidade...) e o respectivo valor dessa grandeza obtido através de medições experimentais. – Erros Sistemáticos São causados por fontes identificáveis, e -em princípio- podem ser eliminados ou compensados. Decorre de uma imperfeição no equipamento de medição ou no procedimento de medição. – Erros aleatórios • Estes erros decorrem de fatores imprevisíveis. Decorre da limitação do equipamento ou do procedimento de medição, que impede que medidas exatas sejam tomadas.
  • 13. Conceito – Exatidão/Precisão Quando o conjunto de medidas realizadas se afasta muito da média, a medida é pouco precisa. Quando a media das medidas estão afastadas do valor exato, diz-se que a precisão da medida é de baixa exatidão.
  • 14. Conceito – Exatidão/Precisão Quando o conjunto de medidas realizadas se afasta muito da média, a medida é pouco precisa. Quando a media das medidas estão afastadas do valor exato, diz-se que a precisão da medida é de baixa exatidão.
  • 15. EXEMPLO PRATICO : Propagação do erro : O cálculo da área para uma estimativa de material. Medidas de H 9,2 9,6 H = 9,475 mm + 9,8 /4 9,3 37,9 Medidas de B A= B.H 6,7 A=6,425 . 9.475 6,3 + 6,5 /4 B = 6,425 mm 2 6,2 A=60,87688 mm 25,7
  • 16. EXEMPLO PRATICO : Propagação do erro : O cálculo da área para uma estimativa de material. Calculo: Medidas de H A= B.H 6,4? 9,2? A=6,4? . 9.4? x 9,4? 9,6? 37,9? 4 + 9,8? - 36 9,4? ??? 9,3 ? 19 + 256? 37,9 37,9? - 16 576? 3? H = 9,4? mm 60,1??? A=60,1? mm2 B = 6,4? mm
  • 17. Exemplo prático: Volume do petróleo Medidas : -Temperatura -Pressão Cálculo -Densidade -Volume corrigido CNTP -(BSW) % de água (Condições normais de temperatura e pressão)
  • 18. Paquímetro Medida = 1,27 7
  • 19. Conceito de Pressão É a razão entre a força aplicada e a área submetida a esta força. Matematicamente podemos expressar esta grandeza como: Onde: P = Pressão (N/m2) P = F/A F = Força (N) A = Área (m2)
  • 20. Princípio de Pascal A alteração de pressão produzida num fluido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente. 1623 - 1662
  • 21. Lei de Stevin Esta equação foi publicada pela primeira vez em 1586 Onde : Pr = Pressão relativa a coluna líquida. d = Densidade do fluido (Kg/L) g = Gravidade (m/s2) h = altura da coluna líquida
  • 22. Pressão Atmosférica Torricelli 1608 - 1647 Hg Densidade = 13,579 kg/L
  • 24. AFERIÇÃO Padrão rastreado
  • 26. Valvulas “Automáticas” Reguladora de água Alívio Reguladora de Vapor Reguladora GNV
  • 27. Medição de nível A medida do nível é obtida muitas vezes através da pressão hidrostática.
  • 28. Conceito de Vazão É o volume* de determinado fluido que passa por uma determinada seção de um conduto por uma unidade de tempo. Q = A.Vel ou Q = Vol/t Unidade => (m3 /seg) A Vel. * A Vazão também pode ser mássica
  • 29. Medição com placa de orifício
  • 30. Medidor Calha Parshall Q = W h3/2 Onde : W = Largura da garganta h = altura hidráulica
  • 33. TEMPERATURA • Temperatura é uma grandeza física que mensura a energia cinética média de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico. Animação para o gás Hélio a temperatura ambiente e 1950 ATMs.
  • 34. ESCALAS 1724 Copenhague, Dinamarca
  • 37. TERMOPARES Termopares são sensores de temperatura simples, robustos e da baixo custo
  • 39.
  • 40. Termorresistência Medição usa a relação entre a resistência elétrica de um material e a sua temperatura
  • 41. Indicador/ Controlador típico •Aceita termopares tipo J faixa de -50 °C a 760 °C, tipo K faixa de 90 °C a 1370 °C, tipo T faixa -100 °C a 400 °C, tipo R faixa 0 a 1760 °C, tipo S de 0 a 1760 °C, tipo E faixa -30 a 720 °C e tipo N faixa -90 a 1300 °C com compensação de junta fria. •Aceita termoresistência Pt100 (2 ou 3 fios), faixa de -200 °C a •530 °C, com compensação da resistência do cabo elétrico. Corrente de excitação do Pt100: 170 mA.
  • 42. Outros métodos de medição
  • 45. Problema – Nivel em elevado H = 30 mts h = 10 mts 35 PSI Nivel % = ??
  • 46. CONVERSÃO (Tabela) 1 mCA = 1,4223344 PSI • 50 PSI = 35,15 mCA OU • 35 PSI = 24,60 mCA 1 PSI = 0,7030695 mCA • 30 mCA = 42,67 PSI • 10 mCA = 14,22 PSI • 55mCA = 35,56 PSI
  • 47. RESOLUÇÃO Escala Pressão Escala em % (42,67 – 35) (100 – x) = 42,67 PSI 100 % (35 – 14,22) (x – 0) (7,67) (100 – x) 35 PSI x% = (20,78) x 7,67.x = 2078 – 20,78.x 14,22 PSI 0% 28,45.x = 2078 x = 73,04 %
  • 48. A Todos Obrigado Fontes Principais para esta apresentação: • Google • Wikipédia • Apostilas PRONAE